带插件的排序算法演示器
本节将通过一个实例来说明GDI+在MFC中的应用。这个算法演示器其实是本人算法系列的一个开端，由于csdn没有树状的目录结构，咱也只好使用链表了不是？好了，废话不多说，开始今天的文章。
（一）功能说明
我们初步制定功能如下：
（1）. 能够通过柱状图，自动展示排序算法的交换比较过程
（2）. 能够使用插件的形式进行开发。即，当新完成一个算法后，只需要完成一个插件文件（我们这里使用动态库dll），由主程序加载插件，即可进行执行，而不再需要重新编译主程序。
（3）. 保证主程序的独立性。即，进行主程序的时候，插件格式不变。
（4）. 可以设置排序的规模。即，排序的数目。
（5）. 可以暂停演示，并手动逐步进行上一步或下一步操作。
（二）插件原理
我们的插件采用了动态库。虽然对于加载动态库的方法，网上很多大牛都罗列了一二三，但个人觉得，如果你拥有一些简单的汇编知识就会发现，其实无论你是通过load静态库，包含头文件还是什么其他的方式加载动态库，其实原理都是一样的。
（1）. 向编译器解释你的动态库
我们要告诉编译器，一些动态库的信息。这些动态库的信息应该包含：
1. 输出函数的调用约定。
约定的一般类型有以下几种：
__stdcall，__cdecl，__fastcall，__thiscall，__nakedcall，__pascal
其中除了最后一种_pascal之外，其他相同，它们与_pascal的区别在于：
a. 前者的参数顺序是，从右到左依次入栈（个人更喜欢认为pop的顺序从左到右，个人理解，如有偏差，请留言，谢谢。）后者相反。
b. 前者是调用者清除栈，后者是调用者返回后清除栈。
2. 函数地址
使用一个函数，我们还需要知道函数的地址。
3. 函数原型
有了以上三个部分，我们就可以成功的完成对动态库的调用。
（2）插件的实现
1. 返回一个算法实例
我们这里调用动态库的目的，是为了返回一个算法类实例的指针，动态库唯一的对外接口就是为了实现这个目的，下面是接口的实现代码：
BOOL WINAPI Plug_CreateObject(void ** pobj)
{
*pobj = new CAlgorithmCls;
return *pobj != NULL;
}
动态库仅仅需要输出上面的一个函数，其中WINAPI是告诉编译这个函数的调用约定，这个宏与_stdcall是一样的。
2. 主程中使用接口
对于每种算法，我们都需要通过这个接口获得我们所需要的类实例指针。在这之前，我们得加载动态库，加载方法如下：
PLUG_ST stPs; ZeroMemory(&stPs, sizeof(stPs)); stPs.hIns = LoadLibrary(strPlugPath); PFN_Plug_CreateObject pFunc = (PFN_Plug_CreateObject)GetProcAddress(stPs.hIns, "Plug_CreateObject");
这里有点陌生的东西，就是结构体PLUG_ST，这个结构的定义如下：
typedef struct{
CPlugBase * pObj;
HINSTANCE hIns;
}PLUG_ST, * LPPLUG_ST;
看名字，相信聪明的朋友已经猜出一二，它两个成员，pObj是返回的算法类的基类指针，稍后我们会做详细介绍；另一个是动态库的模块句柄，也就是LoadLibrary的返回值，我们可以认为，它就是动态库的一个身份证。
如果成功加载了，那么，我们就可以通过通过调用它的唯一接口，来获得结构体中的第一个成员，即算法实例指针，代码如下：
if (pFunc!=NULL && pFunc((void **)&stPs.pObj))
{
m_vecPlugs.push_back(stPs);
m_comboAlg.InsertString(0, strAlgName);
}
乍一看，似乎有点复杂，其实分开了慢慢看，其实很简单。
首先，我们使用一个vector存储了所有的结构体。括号内的第二句话，只是向combo控件中插入了一个算法的名字
然后，条件中第一部分，要求pFunc非Null，pFunc是GetProcAddress的返回值，如果返回了空，那也就是说，我们没有成功的找到输出函数Plug_CreateObject，那么自然没法进行下一步运算。
最后，最终的就是调用我们刚才获得的函数指针pFunc，来对输出参数赋值，以得到算法的实例指针。
至此，我们就完成了插件的核心代码
3. 插件Base类
我们通过一个虚的插件Base类，来要求插件实现者，必须完成的插件功能。这个虚类的全部代码如下：
class CPlugBase
{
public:
CPlugBase(){};
virtual ~CPlugBase(){;}
virtual void SetData(int nCount, int *pData) = 0;
virtual void Start() = 0;
virtual bool GetNextOp(int &x, int &y, int &op) = 0;
virtual bool GetLastOp(int &x, int &y, int &op) = 0;
virtual void End() = 0;
};
我们简单说明一下，几个函数的功能。
SetData，主程序通过这个函数，向插件实现者提供排序的容量和排序的数据。
Start，主程序通过该函数，要求插件实现者，进行他自己的排序运算。当然，这个函数必须在设置完毕数据之后，才能够进行。
GetNextOp/GetLastOp,主程序通过这两个函数，向插件索取一次操作的内容，x,y分别是需要进行操作的两个数据的索引，op为操作类型，我们暂时将其定义为枚举，如下：
enum AlgOp{
ALG_SWAP = 0,
ALG_COMPARE,
};
End，主程序通过这个函数，告知插件，可以进行清除工作。
我们每一次操作的步骤，会记录在一个结构体中，它包含了刚才参数中的三个值，插件实现者可以利用该结构，也可以自己写，甚至不用结构。以下是结构体的实现：
#pragma pack(push, 4)
struct AlgStep{
AlgOp op;
int nFirstIndex; // 前者的交换索引
int nNextIndex; // 后者的交换索引
AlgStep &operator = (const AlgStep &_algStep){
op = _algStep.op;
nFirstIndex = _algStep.nFirstIndex;
nNextIndex = _algStep.nNextIndex;
return *this;
}
};
#pragma pack(pop)
这个结构体处，有两点非常重要。
a. 字节对齐。起初，我索引值获取的时候总是错的，调试之后也发现问题，修改对齐方式后，就正确了，当时没有仔细考虑。后来分析了一下，这里对齐方式并不会有太大影响，造成问题的原因可能是，之前的某次修改并没有进行重新编译，使用了旧的obj对象进行链接，导致实际执行的代码，和调试代码不匹配，所以才出现问题的。修改对齐方式后，进行了重新编译，所以没问题。
b. “=”的重载非常必要，这涉及到深拷贝和浅拷贝的问题。说起来好像很专业，其实很简单，就是默认的拷贝函数，只会拷贝结构体实例的地址，而不会结构体实例中具体的各个值传进去，所以有必要重载这个函数。
这样就完成了插件的基类，这个基类的作用是连接主程序与插件子类，插件实现者，通过重载该基类，实现对应的虚函数，就可以在这个算法演示器上，演示自己的排序算法。
4. 简单实现一个不是排序的排序算法
首先，需要新建一个dll库的项目，并将base.h包含进去，当然也可以自己重写一份，重写的时候只需要保证自己写的Base和原来的CPlugBase类的形式一模一样就行，即：类的函数成员的形式相同。这里，我们为了与主程序一致，将CPlugBase添加到了自定义的Include路径中。
然后，继承CPlugBase，实现各个纯虚函数。
（1）SetData，将排序规模和排序数据存入当前的数据成员中
void CAlgorithmCls::SetData( int nCount, int *pData )
{
m_nCount = nCount;
m_pData = pData;
}
（2）Start，存入一些简单数据操作，我们这里仅仅是做一些比较，如果是完整的排序算法的话，需要完善该函数，代码如下：
void CAlgorithmCls::Start()
{
for(int i=0; i<m_nCount-1; i++)
{
AlgStep as;
as.nFirstIndex = i;
as.nNextIndex = i+1;
as.op = ALG_COMPARE;
m_algSteps.push_back(as);
}
m_nCurStep = 0;
}
这里m_nCurStep,表示当前执行的步骤，每次计算的时候，我们需要将当前步骤清空至0.
（3）GetNextOp/GetLastOp,这两个函数，分别用于获得下一步/上一步操作内容，同时在该函数内执行交换操作。这里我们暂时没有写交换操作，但是数据的指针和交换数据的索引都知道，这不该是什么难事吧，代码如下：
bool CAlgorithmCls::GetNextOp( int &x, int &y, int &op )
{
if (m_nCurStep++ < m_algSteps.size()-1)
{
x = m_algSteps[m_nCurStep].nFirstIndex;
y = m_algSteps[m_nCurStep].nNextIndex;
op = (int)m_algSteps[m_nCurStep].op;
if (m_algSteps[m_nCurStep].op == ALG_SWAP)
{
// ...
}
}
int n = sizeof(AlgOp);
if (m_nCurStep >= m_algSteps.size())
{
return false;
}
return true;
}
如果返回了true，说明尚未完成排序，返回false，说明已经完成了所有排序的操作。
（4）End，这里我们暂时没有什么需要清理的数据，因为在类内我们没有分配数据，按照谁分配谁释放的原则，pData指针也交给外部去释放。
最后，将输出文件名改成算法名，我们这里改成了冒泡排序.dll
5. GDI+完成绘制
（1）GDI+的初始化，好像已经说了很多遍了，再重复一次吧，包含头文件<objbase.h>和头文件<gdiplus.h>，使用GdiPlus的名字控件，使用“#pragma comment(lib, "gdiplus.lib")”来完成静态库的加载。GDI+的初始化，OnInitDialog时，使用GdiplusStartup初始化GDI+，OnDestroy时，释放GDI+资源。OnPaint时，进行绘制。
（2）演示程序的绘制，先看代码再解释。
CDC *pCDC = GetDlgItem(IDC_SHOWPIC)->GetDC();
HDC hdc = pCDC->GetSafeHdc();
Graphics grphics(hdc);
RECT rect;
GetDlgItem(IDC_SHOWPIC)->GetClientRect(&rect);
Bitmap bitmap(rect.right-rect.left, rect.bottom-rect.top);
Graphics grp(&bitmap);
grp.Clear(Color::Black);
int nWidth = (rect.right-rect.left)/m_nCount/2;
int nOffset = (rect.right-rect.left-nWidth*2*m_nCount)/2; // 整数运算造成的偏移
int nBottom = 20;
for(int i=0; i<m_nCount; i++)
{
RECT box;
int nHeight = (rect.bottom-rect.top-nBottom)/m_nCount*(*(m_pData+i));
box.left = nWidth + i*nWidth*2 + nOffset;
box.right = box.left+nWidth;
box.bottom = rect.bottom-nBottom;
box.top = box.bottom - nHeight;
if (i!= m_CurOp.nFirstIndex && i!= m_CurOp.nNextIndex)
{
SolidBrush sbrush(Color::Crimson);
grp.FillRectangle(&sbrush, box.left, box.top, box.right-box.left,
nHeight);
}
else
{
SolidBrush sbrush(m_Specialcolor);
grp.FillRectangle(&sbrush, box.left, box.top, box.right-box.left,
nHeight);
}
}
grphics.DrawImage(&bitmap, 0, 0);
我们先在一张Bitmap中，进行绘制，然后将Bitmap的内容绘制到图形控件上（其实就是一个矩形的Static控件，本质只要是一个CWnd都可以进行绘制）。
因为我们从头到尾坐标使用的都是整数，一个柱形有一点点误差，没有问题，但是多了的话偏移就会很大，我们将所有的偏移计算一下，平均分配到两边，就不至于让最终的图像太靠向一边了。
柱形的size计算很简单，但是很罗嗦，大家看看就好，我就不做过多解释了。
每个柱形矩形的绘制，需要填充一个实画刷，然后用该画刷填充一个矩形，就完成了最终的绘制。
背景颜色，填充成了黑色。
至此，我们完成了最初图形的绘制，简单看看效果。
6. 手动执行上一步或者下一步
每次绘制的时候，我们需要记录当前的操作是什么，当前操作所对应的颜色是什么，获得上一步，下一步都需要完成这样的工作，先看一下下一步的代码：
void CAlgorithmDemoDlg::OnNextStep()
{
m_Specialcolor = Color::Blue;
int nOp;
m_vecPlugs[m_nCurAlg].pObj->GetNextOp(m_CurOp.nFirstIndex, m_CurOp.nNextIndex,
nOp);
m_CurOp.op = (AlgOp)nOp;
Invalidate(FALSE);
}
这里我们其实应该根据操作类型nOp来决定特殊的颜色，这里为了省事，我们直接定义成了蓝色。另外，我们的绘制是放在OnPaint函数中的，所以，在获得下一步的时候，我们应该告诉程序，该刷新图形框了。最直白的方法就是向程序发送一个OnPaint消息，这里我们使用Invalidate，这个函数会发送OnPaint函数，FALSE表示不擦除，如果TRUE的话，OnPaint就什么都不绘制了。当然我们也可以使用基类的Invalidate来重绘一个区域。
::InvalidateRect(m_hWnd, NULL, bErase);
我们目前相当于调用了上述代码，如果要重绘一个矩形，只需要将NULL替换成你需要重绘的RECT实例的指针即可。
7. 定时器与自动演示
MFC中的定时器很简单，我们只需要在开始自动演示时，设置一个定时器，演示完毕后，Kill掉这个定时器，然后完成OnTimer的消息响应就可以了。
自动演示消息
void CAlgorithmDemoDlg::OnBnClickedAutorun()
{
SetTimer(1, 500, NULL);
}
OnTimer完成定时器的响应
void CAlgorithmDemoDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{
// TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
int nOp;
bool bRet;
switch(nIDEvent)
{
case 1:
bRet = m_vecPlugs[m_nCurAlg].pObj->GetNextOp(m_CurOp.nFirstIndex, m_CurOp.nNextIndex,
nOp);
m_CurOp.op = (AlgOp)nOp;
if (!bRet)
{
KillTimer(1);<span style="white-space:pre"> </span>// 算法演示完毕或失败，则停止自动演示
}
Invalidate(FALSE);
break;
}
CDialog::OnTimer(nIDEvent);
}
看下效果：
至此，演示程序，基本完成，还有些细节，在这里就不再多说了。（为什么我上传的图片是静态的？说好的动态图嘞？。。。 好吧，最近有点偷懒，周末有空会对本文继续调整一下，到时候大家会看到动态的算法演示图片，另外，会出一份像样的接口文档。）
好啦，从此，我们就要开始排序算法的实现历程啦，目前打算先实现十种常用的排序算法。
GDI+学习笔记（九）带插件的排序算法演示器（MFC中的GDI+实例）